Интенсификация очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на компактных установках с использованием прикрепленных биоценозов и флокулянтов

Во многих случаях к качеству очистки сточных вод малых населенных пунктов или отдельных объектов (санаториев, пансионатов, пионерских лагерей) предъявляются высокие требования, так как очищенные стоки сбрасываются в небольшие речки, ручьи или непроточные водоемы.

Очистка сточных вод в локальных системах канализации осуществляется, как правило, на компактных установках (сооружениях). Компактные очистные установки должны отвечать следующим основным требованиям:

— простота эксплуатации, позволяющая осуществлять повседневное обслуживание сооружения с помощью минимального количества штатного персонала;

— высокая надежность работы, обеспечиваемая в первую очередь выбором технологической схемы очистки;

— простота конструкции установки, позволяющая применять заводское изготовление и монтаж всех ее основных узлов с минимальным объемом строительных работ;

— невысокая стоимость изготовления, монтажа и эксплуатации очистной установки.

В настоящее время значительное внимание научно-исследовательских организаций уделяется усовершенствованию технологии биологической очистки и разработкам новых компактных установок, отвечающих современным требованиям экологической безопасности.

Одним из наиболее перспективных направлений совершенствования биологической очистки сточных вод является использование двух или трех ступеней биотенков с затопленной загрузкой. Большая удельная поверхность элементов затопленной загрузки с биопленкой обеспечивает высокую эффективность процессов окисления органических веществ и аммонийного азота, находящихся в сточных водах. Особый интерес в условиях высокой неравномерности сточных вод и малых концентраций органических примесей представляет использование аэротенков с прикрепленными микроорганизмами без свободно плавающего активного ила.

Как показал опыт эксплуатации компактных очистных установок, прикрепленная биомасса может успешно работать не только в аэротенках, осуществляя биологическую очистку сточных вод. Иммобилизованная биозагрузка, обладая высокими коагулирующими свойствами, также используется для улучшения процессов первичного отстаивания. Однако, чаще всего в таких случаях процессы биокоагуляции и первичного отстаивания происходят в анаэробных условиях, которые ухудшают эффективность задержания взвешенных веществ, что в свою очередь, влияет на качество последующей биологической очистки в аэротенках. Биокоагуляция взвеси свободно плавающим активным илом в аэробных условиях получила распространение только на крупных городских очистных сооружениях и, кроме того, имеет ряд недостатков в связи с невысокой прочностью образующихся агломератов.

Предварительная обработка сточных вод в реакторах с прикрепленной биопленкой, проходящая в аэробных условиях достаточно длительное время, может обеспечить не только эффективную биокоагуляцию загрязнений, но также и осуществить снижение БПК за счет окисления органических примесей. Указанные процессы позволяют улучшить качество первичного отстаивания и биологической очистки сточных вод в аэротенках, не увеличивая общих эксплуатационных затрат на очистку.

К недостаткам сооружений биологической очистки относятся их большие строительные объемы и высокий уровень потребления электроэнергии на аэрацию. Значительно сократить эксплуатационные затраты для таких сооружений позволит использование преимуществ физико-химических методов обработки сточных вод на этапах их первичного отстаивания и доочистки. Так, например, использование небольших доз синтетических высокомолекулярных флокулян-тов существенно ускоряет процесс осаждения в первичном отстойнике взвешенных веществ, предварительно скоагулированных биопленкой в аэробном реакторе.

Таким образом, сочетание преимуществ биологического и физико-химического методов очистки сточных вод будет способствовать решению актуальной проблемы создания высокоэффективных и экономических компактных установок заводского изготовления.

Данная диссертационная работа выполнялась в рамках «Программы социально-экономического развития Пензенской области на 2002;20 Юг.г.», в которой значительное внимание уделено совершенствованию экономичности систем водоотведения малых населенных пунктов и объектов социально-культурного назначения.

Целью диссертации является разработка технологии интенсификации очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в компактных установках с использованием аэробной прикрепленной биопленки и флокулянтов.

Задачи исследования: В соответствии с поставленной целью в диссертации определены следующие задачи:

— теоретическое исследование и анализ процессов очистки сточных вод с использованием прикрепленных биоценозов и флокулянтов;

— теоретическое и экспериментальное обоснование применения комбинированного способа интенсификации первичного отстаивания хозяйственно-бытовых стоков с использованием иммобилизованных биоценозов, работающих в аэробных условиях и флокулянтов;

— экспериментальное определение рациональных параметров и режимов процесса биологической очистки в аэротенках с затопленной загрузкой без свободно плавающего ила для осветленных стоков, предварительно обработанных комбинированным способом;

— разработка новой технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на компактных установках с использованием флокулянтов и затопленной загрузки прикрепленными аэробными микроорганизмами;

— разработка рекомендаций по проектированию устройств, входящих в предлагаемую технологическую схему очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на компактных установках.

Научная новизна работы состоит:

— в теоретическом и экспериментальном обосновании новой технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием прикрепленных аэробных микроорганизмов и флокулянтов;

— в определении влияния технологических характеристик затопленной загрузки, режимов аэрации и дозирования флокулянтов на процессы очистки сточных вод в первичных отстойниках и ячеистых аэротенках, входящих в состав компактных установок;

— в получении аналитических зависимостей, адекватно описывающих процессы первичного отстаивания и биологической очистки с предварительной обработкой хозяйственно-бытовых сточных вод иммобилизованными аэробными биоценозами и флокулянтами.

Практическая значимость диссертации:

— предложена и апробирована в промышленных условиях новая технология глубокой очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в компактных очистных установках с применением реагентов и затопленной биозагрузки;

— разработаны рекомендации к проектированию и расчету аппаратурного оформления предложенной технологической схемы.

Практическая реализация:

Новая технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод внедрена на компактных очистных сооружениях заводского изготовления производительностью 50 м3/сут для дома-интерната в с. Поим Белинского района Пензенской области. Годовой экономический эффект от внедрения составил более 48 тыс. рублей в ценах 2006 года.

Апробация работы и публикации.

По материалам диссертации опубликованы 10 работ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5 всероссийских и международных конференциях в г. г.Пензе, Самаре, Тюмени в 2002 — 2006 г.г.

ВЫВОДЫ:

1. Теоретические и эксперементальиые исследования показали, что повышение эффективности первичного отстаивания сточных вод, позволяющее улучшить условия для их биохимической очистки в аэротенках, может быть достигнуто при небольших эксплутационных затратах за счет предварительной обработки исходных стоков в преаэраторах с прикрепленной микрофлорой и последующей реагентной флокуляции катионными полимерами с высокой молекулярной массой.

2. Добавление катионных флокулянтов к исходному стоку после его обработки в преаэраторе с затопленной загрузкой из сетки ССБ (удельная площадь загрузки Fyd =20м /м, интенсивность аэрации<�у = 5 м /(мч), время аэрации ^ =30 мин) позволяет получить эффект первичного осветления Эв = 73 — 77% для доз полимера ППС 1 — 1,5 мг/л и Э&bdquo- = 79 — 81% для доз полимера К-555 0,5 — 1 мг/л. Оптимальные значения градиентов скоростей G в смесителе для флокулянта ППС находятся в пределах 150 -180 с" 1 при времени смешения tCM =30с, для флокулянта К-555 в пределах 350 — 400 с'1 при tCv =60 с с последующим перемешиванием стока в камере хлопьеобразованияем при t^ =20 мин и GKX =50 с" 1.

Наиболее высокий эффект снятия БПК5 (Эбпк до 53%) обеспечивается при использовании катионного полимера К-555, обладающего большей молекулярной массой (5−106 и выше) и прочнее связывающего в агломераты органические коллоидные частицы.

3. Эффективная очистка осветленного стока, предварительно прошедшего стадии биокоагуляции в преаэраторе с затопленной загрузкой, реагентной флокуляции и первичного отстаивания, может быть осуществлена в аэротенках с.

О 1 затопленной загрузкой из сетки CCB (Fyi) =20м /м) без взвешенного активного ила. При восьмичасовой аэрации в ячеистом аэротенке с затопленной загрузкой достигается снижение БПК5 до величины 3 мг/л, а концентрации ионов аммонийного азота — до 0,5 — 0,7 мг/л при удельных затратах электроэнергии на аэрацию не более 2 кВт-ч/(мсут").

4. Получены математические зависимости, адекватно описывающие процессы снижения БПК5 при первичном отстаивании хозяйственно-бытовых сточных вод, предварительно обработанных методами биокоагуляции и реагентной флокуляции, а также при биологической очистке осветленных стоков в аэротенках с затопленной листовой загрузкой, работающих без взвешенного активного ила.

5. Предложена новая технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод малых объектов, использующая предварительную биокоагуляцию стоков в преаэраторе с затопленной загрузкой, реагентное флокулирование, первичное отстаивание, последующую биологическую очистку осветленных стоков в ячеистом аэротенке с прикрепленной микрофлорой без взвешенного активного ила и доочистку на скорых фильтрах, реализованная в компактной установке заводского изготовления «Биофлок-50».

6. Производственные испытания компактной установки «Биофлок-50», проведенные на очистных сооружениях Поимского дома-интерната Белинского района Пензенской области показали, что по сравнению с установкой продленной аэрации глубина очистки сточных вод увеличивается: по взвешенным веществам — в 4,8 разапо ХПК — в 2,17 раза, по БПК5 в 2,6 разапо ионам NHв 3,8 раза, по ионам NO~2 — в 2,3 раза, по фосфатам — в 1,57 раза (без блока до-очистки), при этом потребляемое количество электроэнергии на аэрацию стоков снижается в 1,5 раза.

Подтвержденный годовой экономический эффект от внедрения предложенной технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на данном объекте составил более 48 тыс. рублей (в ценах 2006 года).

7. Разработаны рекомендации по расчету и проектированию устройств, входящих в технологическую схему очистки хозяйственно-бытовых сточных вод малых объектов, с использованием методов биокоагуляции и реагентной флокуляции.